Чему равна разность потенциалов точек о и о при наличии нулевого провода с активным сопротивлением

Обновлено: 17.05.2024

НАПРЯЖЕНИЕ НА НУЛЕВОМ ПРОВОДЕ

Давайте разберемся почему на нулевом проводе появляется напряжение, чем это грозит и что следует предпринять для предотвращения возможных неприятностей и последствий.

Сразу обратимся к схеме (рис.1) и определим основную причину появления напряжения там, где его по определению быть не должно.

Для этого немного видоизменим рисунок (рис.2) и рассмотрим распределение потенциалов на различных участках электрической цепи. В данном случае цепь берем однофазную, как сделано в квартирах и большинстве частных домов.

с одной стороны обмотки трансформатора берем фазу (L);
другая заземлена (N).

Земля является точкой нулевого потенциала, фаза – источником напряжения 220 Вольт, ток течет от фазы через потребитель на ноль, далее на землю.

В контексте данной статьи под напряжением будем понимать разность потенциалов (как и положено) между рассматриваемыми точками (1 или 2) и точной нулевого потенциала (0).

I=U/R;
U=I*R.

Итак, нулевой провод от потребителя до ТП обладает сопротивлением Rn. Кстати, чем больше ток (мощнее нагрузка) тем падение напряжения, а значит потенциал в точке 2 выше.

Другое дело, что при нормальных условиях (отсутствии неисправностей и качественных соединениях) это значение невелико. Например, при суммарном сопротивлении нулевого провода 1 Ом при токе 1 Ампер падение напряжения составит 1 В.

То есть в точке 2 будем иметь 1 Вольт, что, в принципе, немного. Я здесь все упрощаю, поскольку целью является продемонстрировать причины возникновения на нулевом проводе напряжения, а не оценить его точное значение.

Кстати, обнаружить вы его не сможете, ни мультиметром, ни, тем более, индикаторной отверткой.

Если по каким то причинам наше сопротивление Rn увеличивается, например за счет нарушения где то контакта, то потенциал в рассматриваемой точке растет. Визуально это проявится уменьшением яркости свечения в квартире ламп, прекращением или ухудшением работы бытовых электроприборов.

Кстати, при прикосновении к этому месту можно получить чувствительный удар током, поскольку сопротивление вашего тела Rдоп (рис.3) создаст путь для протекания части тока, определяемого вашим сопротивлением и напряжением в точке 2. Для значений 2 кОм и 50 Вольт соответственно эта величина составит 25 миллиампер.

Это уже неприятно, особенно, если учесть, что 100 мА – смертельно опасное значение.

В месте нарушения контакта нулевой провод (пока в сеть включены потребители) будет греться и закончится это может пожаром или отгоранием нуля. Переходим к рисунку 4.

В этом случае цепь размыкается, ток по нулевому проводу не течет и потенциал в точке 2 составит полноценные 220 Вольт. Это покажет индикаторная отвертка, а прикосновение к этой части может закончиться летальным исходом.

Но, если отключить абсолютно все электроприборы, напряжение на нулевом проводнике пропадет.

При пробое фазы на корпус прибора (если он токопроводящий), на нем, естественно, будет то же самое напряжение.

Кстати, обрыв нуля может быть вызван и другими причинами, например, механическим повреждением при проведении ремонтно строительных работ. Впрочем, вопрос почему это произошло вторичен, главное следствие, которое только что мы рассмотрели.

Поскольку данная ситуация опасна при использовании электроприборов закономерен вопрос защиты.

применение заземления;
использования УЗО и дифавтоматов.

Защитное заземление настоятельно рекомендуется дополнять устройствами защитного отключения (УЗО) или дифференциальными автоматами, которые, кстати, могут обеспечит защиту и при отсутствии штатной системы заземления.

– что такое, как работает; – как работает и подключение; – принцип действия и как подключить.

104. Соединение звездой

Если фазные обмотки генератора или потребителя соединить так, чтобы концы обмоток были замкнуты в одну общую точку, а начала обмоток подключены к линейным проводам, то такое соединение называется соединением звездой и обозначается условным знаком . На фиг. 179 обмотки генератора и потребителя соединены звездой. Точки, в которых соединены концы фазных обмоток генератора или потребителя, называются соответственно нулевыми точками генератора (0) и потребителя (0'). Обе точки 0 и 0' соединены проводом, который называется нулевым или нейтральным проводом. Остальные три провода трехфазной системы, идущие от генератора к потребителю, называются линейными проводами. Таким образом, генератор соединен с потребителем четырьмя проводами. Поэтому эта система называется четырехпроводной системой трехфазного тока.

Сравнивая несвязанную (фиг. 178) и четырехпроводную (фиг. 179) системы трехфазного тока, видим, что в первом случае роль обратного провода выполняют три провода системы, а во втором — один нулевой провод. При работе по нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме трех токов:

Напряжения, измеренные между началами фаз генератора или потребителя и нулевой точкой или нулевым проводом, называются фазными напряжениями и обозначаются U_A, U_B, , U_Cили в общем виде U_ф Часто задаются величины э. д. с. фазных обмоток генератора. Они обозначаются

E _A, E _B, , E _C или Е_ф. Если пренебречь сопротивлениями обмоток генератора, то можно записать:

Напряжения, измеренные между началами фаз А и В, В и С. С и А генератора или потребителя, называются линейными напряжениями и обозначаются U_AB , U _вс , U_CA или в общем виде U_л. Стрелки, поставленные на фиг. 179, показывают выбранное положительное направление тока, которое в линейных проводах принято от генератора к потребителю, а в нулевом проводе — от потребителя к генератору.

Если присоединить зажимы вольтметра к точкам А и В, то он покажет линейное напряжение U_AB . Так как положительные направления фазных напряжений U_A, U_B, и U_C выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения U_AB будет равен геометрической разности векторов фазных напряжений U_A и U_B:

Иначе можно сказать, что мгновенное значение линейного напряжения равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. На фиг. 180 вычитание векторов заменено сложением векторов:

Из векторной диаграммы видно, что векторы линейных напряжений составляют замкнутый треугольник.

Зависимость между линейным и фазным напряжениями показана на фиг. 181:

Следовательно, при соединении звездой линейное напряжение в раз больше фазного напряжения.

В дальнейшем, говоря о напряжении в цепях трехфазного переменного тока, если не будет сделано оговорок, будем иметь в виду линейное напряжение.

Ток, протекающий по фазной обмотке генератора или потребителя, называется фазным током и обозначается в общем виде I_ф. Ток, протекающий по линейному проводу, называется линейным током и обозначается в общем виде I_л.

Из фиг. 179 видно, что при соединении звездой линейный ток равен фазному току, т. е. I_л= I_ф.

Рассмотрим случай, когда нагрузка в фазах потребителя одинакова как по величине, так и по характеру. Такая нагрузка называется равномерной или симметричной. Это условие выражается равенством:

Если предположить, что сопротивления проводов, соединяющих генератор с потребителем (линейных проводов), равны нулю, то напряжение на зажимах потребителя будет равно напряжению на зажимах генератора. Прибавляя к напряжению генератора падение напряжения в его фазных обмотках, получим фазные э. д. с. генератора.

На фиг. 182 дана векторная диаграмма токов, напряжений и э. д. с. при соединении звездой.

Нам известно уже, что в нулевом проводе должна протекать геометрическая сумма токов всех трех фаз. На фиг. 183 даны кривые изменения токов при равномерной нагрузке трехфазной системы. Так как нагрузка равномерна, то максимальные значения для всех трех синусоид тока одинаковы.

Возьмем момент а и, чтобы получить ток в нулевом проводе, сложим мгновенные значения токов всех трех фаз. В этот момент ток третьей фазы i₃ равен нулю. Мгновенное значение тока в первой фазе равно i₁ , причем этот ток направлен в одну сторону. Одновременно ток во второй фазе равен i₂ , но этот ток направлен уже в другую сторону. Так как ток i₁ равен току i₂ , но оба они имеют противоположные направления, а ток i₃ равен нулю, то сумма всех токов также равна нулю,

Сумма трех токов будет равна нулю в момент б.

В момент б ток первой фазы имеет максимальное положительное значение i₁. В то же время токи второй и третьей фаз i₂ и i₃ которые равны между собой, имея отрицательное направление, в сумме равны току i₁. Поэтому сумма трех токов снова равна нулю.

При рассмотрении любых других моментов мы также увидим, что при равномерной нагрузке сумма мгновенных значений токов трехфазной системы равна нулю. Следовательно, ток в нулевом проводе будет равен нулю. Отбрасывая нулевой провод в четырехпроводной системе, переходим к трехпроводной системе трехфазного тока, которая представлена схематически на фиг. 184. Таким образом, если имеем равномерную нагрузку, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазные печи и т. п., то к такой нагрузке подводятся только три провода.

Потребители, включенные звездой с неравномерной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе. К таким потребителям, как, например, при осветительной нагрузке, подводятся четыре провода.

Пример 1. Имеется потребитель, сопротивления фаз которого равны: z_A =5 ом, z_B =10 ом, z_C==20 ом. Потребитель соединен звездой и включен в сеть напряжением 380 в. Определить ток в нулевом проводе, если коэффициенты мощности фаз одинаковы, характер нагрузки по фазам также одинаков

Векторы э. д. с. обмоток генератора представляют собой симметричную систему: они равны по величине и сдвинуты один относительно другого по фазе на 120°.

Нулевая точка генератора на векторной диаграмме располагается в центре звезды фазных э. д. с. Нулевая точка потребителя, соединенного звездой при равномерной нагрузке, а также при неравномерной нагрузке, но при наличии нулевого провода, с достаточно малым сопротивлением находится в центре тяжести треугольника линейных напряжений. Обрыв нулевого провода во время работы трехфазного потребителя с неравномерной нагрузкой фаз влечет за собой перераспределение токов и напряжений. На этом вопросе остановимся подробнее.

Пусть имеется трехфазный потребитель (фиг. 186, а) с неравномерной активной нагрузкой фаз. Примем отношение сопротивлений фаз потребителя равным r_А : r_B :r_C = 1 :2 : 3. Требуется определить положение нулевой точки потребителя.

При замыкании фазы А накоротко (фиг. 186, б) (rA=0) нулевая точка 0' совместится с точкой А векторной диаграммы. При этом напряжение на остальных двух фазах В и С увеличивается в раз, так как они окажутся включенными между линейными проводами. При обрыве фазы А (r_А = ) сопротивления фаз r_B и r_C будут включены последовательно между линейными проводами В и С (фиг. 186, в). Нулевая точка потребителя будет находиться на стороне ВС треугольника линейных напряжений в точке D, делящей сторону ВС в отношении r_B: r_C = 2:3. Можно доказать, что при изменении сопротивления фазы А от r_А =0 до r= нулевая точка потребителя будет перемещаться по линии, соединяющей точки А и D.

Если произвести аналогичные рассуждения для фазы В, а затем для фазы С, то мы получим еще две линии: одну — BE, полученную в результате короткого замыкания и обрыва фазы В, другую — CF, полученную в результате короткого замыкания и обрыва фазы С. Линия BE делит сторону АС треугольника в отношении r_А : r_C = 1 :3. Линия CF делит сторону АВ треугольника в отношении r_А : r_B =1:2.

Точка пересечения прямых линий AD, BE и CF является нулевой точкой потребителя при данной нагрузке (фиг. 186, г).

Совершенно очевидно, что для определения положения нулевой точки достаточно рассмотреть случаи короткого замыкания и обрыва любых двух фаз.

Векторы представляют собой напряжения на

фазах потребителя. Как видно из диаграммы, при неравномерной нагрузке фазные напряжения потребителя различны по величине, причем величина фазного напряжения пропорциональна сопротивлению фазы.

Смещение нулевой точки потребителя, происходящее в результате неравномерной нагрузки, приводит к нежелательному явлению в осветительных сетях. Чем больше будет число и мощность ламп, включенных в фазе, тем меньше будет их сопротивление, тем меньше будет их фазное напряжение, тем слабее они будут гореть.

Нулевая точка звезды потребителя может находиться внутри треугольника линейных напряжений, совпадать с одной из его вершин, лежать на одной из его сторон и в некоторых случаях может находиться вне треугольника.

Между нулевыми точками генератора и потребителя при неравномерной нагрузке существует разность потенциалов (напряжение смещения нейтрали).

Мы рассмотрели явления, происходящие при неравномерной нагрузке фаз потребителя, включенного звездой без нулевого провода. С устройством нулевого провода отпадают все недостатки, вызванные неравномерной нагрузкой фаз. Осветительная нагрузка, включенная звездой, всегда требует наличия нулевого провода, так как даже равномерная нагрузка фаз в какой-то момент времени не гарантирует ее постоянства на продолжительное время.

5 Апрель, 2009 51876 ]]> Печать ]]>

Читайте также: